1) Для А2
Для А3
Для А4
Для А5
Для А6
Для А7
А1UА2
2) Для А3
Для А4
Для А5
Для А6
Для А7
А1UА2UА3
3) Для А4
Для А5
Для А6
Для А7
А1UА2UА3UА4
4) Для А5
Для А6
Для А7
А1UА2UА3UА4UА5
5) Для А6
Для А7
Получаем порядок объединения модулей в блок
А1UА2UА3UА4UА5UА6UА7
Таблица 3-Габариты конструтивов

Конструктив	Габариты,  мм	Масса, кг	Конструктив	Габариты,  мм	Масса, кг
А1	204х150х150	0,8	А5	170х80х80	0,6
А2	192х240х15	0,3	А6	180х90х10	0,2
А3	170х80х80	0,6	А7	190х180х60	0,7
А4	180х10х90	0,2

Внутренний объем корпуса блока (445х185х195) равен V1=16,1 л.
Суммарный объем всех конструктивов V2=9,8 л.
Коэффициент заполнения объема Кз.о. = V2/ V1=9,8/16,1=0,61
Приведенная площадь Sпр=Sблока/Sшара=4103/3083=1,33
Таблица 4-Оценка критериев

Критерии	Варианты
	1	2	3	4	5
q1	0,43	0,35	0,38	0,36	0,39
q2	2,5	2,1	2,15	2,3	2,9
q3	0,02	0,05	0,03	0,035	0,02
q4	0,15	0,25	0,2	0,2	0,23
q5	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61

q1-функциональные связи
q2-тепловые связи
q3-магнитные связи
q4-электрические связи

q5-использование объема

Оцениваем критерии, выбираем наилучший вариант.
Для критериев q1 и q2 предпочтительными являются наименьшие значения, а для q3, q4, q5-наибольшие.
Наилучший вариант №2

 

2.2 Разработка несущей конструкции

Габаритные размеры и масса блока во многом зависит от применяемых в нем материалов и конструкторских решениях. Внутренние ячейки блока выполнены по модульному типу. Каждый модуль может быть легко заменен в случае его выхода из строя.
Блок должен иметь облегченную конструкцию, поэтому в качестве материала несущей конструкции выбираем сплавы алюминия, а токопроводящие элементы выполним из меди. Для антикоррозионной стойкости все платы покрываются лаком ЭП–730. Для обеспечения внешней эстетичности, а также для антикоррозионной стойкости наружные поверхности покрываются эмалью.
Конструкция блока МИП состоит корпуса (поз. 2) с установленными на него передней (поз. 5) и задней (поз. 4) панелями. Передняя панель может поворачиваться на оси (поз. 1) для быстрого доступа к модулям.
На боковых поверхностях блока имеются отверстия с резьбой для крепления в шкаф или стойку.
Габаритные размеры блока 450´200´210 мм. Масса 4.8 кг.
2.3 Защита блока от механических воздействий
Расчет защиты блока производят путем анализа и проверки надежности наиболее нагруженных частей.
Обычно первыми из строя выходят радиоэлементы, элементы проводящего рисунка, затем детали несущей конструкции блока.
Рассчитаем прогиб средней части печатной платы, обусловленный статическими нагрузками:
,
где  статический прогиб средней части, см; -коэффициент,
а- ширина печатной платы, см; b- длина платы, см; t-толщина платы, см; Е- модуль Юнга , ; q- однородная нагрузка на плату, .

Q=P/ab,

P-полный вес платы;
P=10abt; P=10*(165*185*2)=110г.
;
q-980 см/сек.
-статистический прогиб средней части, см
.
Максимальный прогиб обусловленный инерционными нагрузками:
= *q;
=0,014*9,8=0,14см;
;
.
Усилие среза:
;
.
Болт отказывает из-за среза
;
;
;
.
Срез основного материала:
;
;
;
.
Суммарный вклад в надежность блока несущей конструкции 1/1,22.
2.4 Расчет теплового режима
Основной причиной отказов печатных узлов является различие температурных коэффициентов расширения (ТКР) метала и диэлектрика входящих в структуру печатных плат.
Отказы гибридно-интегральных модулей под воздействием температуры, главным образом, возникают при нарушении отвода тепла и местных перегревах, особенно опасных для кристаллов интегральных схем.
В блоках, шкафах, стойках РЭА при нормальных климатических условиях и естественном охлаждении около 70% тепла отводиться конвекцией, 20%-излучением и 10%-теплопроводностью.
По тепловому режиму блоки делят на теплонагруженные (тепловая нагрузка свыше ) и нетеплонагруженные (до ).
При анализе следует учитывать, что системы естественного охлаждения отводят тепловые потоки плотностью , принудительно-воздушного , жидкостного , испарительного
.
Данный блок потребляет не более 30 Вт от сети. Тепловыделения в модулях блока в среднем менее, следовательно, блок является нетеплонагруженным и при естественном охлаждении в нормальных условиях, блок будет функционировать нормально.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УЗЛА

3.1 Материал и метод изготовления печатной платы

Двухсторонняя печатная плата с металлизированными монтажными отверстиями и переходными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного монтажа с проводящим рисунком платы, относительно высокой стоимостью конструкции. Для платы модуля выбираем двустороннюю печатную плату с металлизированными и переходными отверстиями.
Габаритные размеры печатной платы должны соответствовать ГОСТ10317-79 при максимальном соотношении сторон 5:1.
Согласно ГОСТ10317-79 выбираем прямоугольную форму платы. Размеры печатной платы определяются типом применяемых навесных элементов и размерами модуля. Для нашего модуля выбираем плату размером 160´185мм.
Сопрягаемые размеры контура печатной платы должны иметь предельные отклонения по 12 квалитету ГОСТ 25347-82, несопрягаемые размеры контура печатной платы должны соответствовать предельным отклонениям по 14 квалитету ГОСТ25347-82.
Толщину печатной платы определим исходя из используемой элементной базы и действующей механической нагрузки. Толщину печатной платы устанавливаем по ТУ на исходный материал ГОСТ10316-78.
Материал основания печатной платы выбираем согласно ГОСТ10316-78, ГОСТ23751-79 или ТУ. Для печатной платы эксплуатируемой в условиях соответствующих группе 1 по ОСТ4.ГО.077.000 рекомендовано применять материалы на основе текстолита. Плату модуля АЦП изготавливаем из стеклотекстолита СФ-2-35-2 ГОСТ10316-78 фольгированная с двух сторон. Толщина фольгированного слоя 35 мкм толщина платы 2 мм.

3.2 Определение печатного проводника по постоянному току
Проведем расчет печатного монтажа платы предварительного усилителя. Методика расчета приведена в [4]. Расчет произведем в следующей последовательности:
-исходя из технологических возможностей производства, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы. Класс точности 3 по ГОСТ 23752-79.
Определим ток наиболее нагруженного элемента:
.
Определяем минимальную ширину (мм) печатного проводника по постоянному току для цепей питания.
,
где j_доп.– допустимая плотность тока, выбирается из [4]; j_доп =48 А/мм²
t– толщина проводника, мкм; t =35мкм
мм.
3.3 Расчет номинальных диаметров монтажных отверстий
Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий
d_мо=d_э+½Dd_но½+r,
где d_э – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;
Dd_но – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;
r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ (r = 0,1…0,4 мм).
Рассчитанные значения d_мо сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. При этом следует учитывать, что минимальный диаметр металлизированного отверстия:
d_min H_рас×Y
где H_рас – расчётная толщина платы; H_рас = 1,5 мм.
Y – отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы (см. табл. 4.8 [1]); Y = 0,33.
d_мо1 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм, выбираем d_мо1 = 0,8 мм;
d_мо2 = 0,8+0,1+0,1 = 1,0 мм, выбираем d_мо2 = 1,0 мм;
d_мо3 = 0,9+0,1+0,1 = 1,1 мм, выбираем d_мо2 = 1,1 мм;
d_min = d_мо1 = 0,8 мм  H_рас×Y = 1,5×0,33 = 0,495 мм,
следовательно, условие для минимального диаметра выполнено.
3.4 Определение ширины проводников
Минимальный диаметр контактных площадок:
,
; ,
 
Ширина проводников
мм.
Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
,
где L₀– расстояние между центрами рассматриваемых элементов,
d=0.05 – допуск на расположение проводников из [1];
D_max – максимальный диаметр контактной площадки.
мм,
мм,
мм.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:
мм.
Минимальное расстояние между двумя проводниками:

мм.
3.5 Определение минимальных расстояний между элементами проводящего рисунка
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой
S_1min = L₀ – [(D_max/2+dP)+( B_max/2+dL)],
где L₀ – расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;
dP – допуск на расположение контактных площадок (табл. 4.8 [5]), мм;
dP = 0,2 мм;dL – допуск на расположение проводников (табл. 4.8 [5]), мм;
dL = 0,05 мм.
S_1min = 2,5 – [(2,03/2+0,2)+(0,2/2+0,05)] = 1,135 мм.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками
S_2min = L₀ – (d + 2×r_подр+2dР),
где r_подр – ширина контактной площадки на линии между центрами двух рассматриваемых отверстий (рассматриваем r_подр, т.к. для обеспечения зазора между контактными площадками необходимо подрезать их до величины r_подр в соответствии с [5] стр.110);
S_2min = 2,5 – (1,1+2×0,15+2×0,25) = 0,6 мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:
S_3min = L₀ – (В'_max+2d_l);
S_3min = 2,5 – (0,2+2×0,1) = 2,1 мм.
Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3 класса точности.
3.6 Расчет платы на механические воздействия
Определяем частоту собственных колебаний печатной платы. В нашем случае печатную плату можно представить пластиной, закреплённой в четырёх точках. Тогда собственная частота колебаний пластины рассчитываются по формуле [1]:
, [1]
где а- длина платы , м ; b-ширина платы, м; а=0,185 м; b=0,060м;
М-масса платы с элементами, кг.
М=a*b*h*p*1,5,
где р- удельный вес материала, кг/м3;
М=0,185*0,060*0,002*2,05*1000*1,5=0,068 кг
D- цилиндрическая жесткость, Н*м:
,

Где Е- модуль упругости, Н/мм2; Е=3,02*10 Н/м;
h-толщина ПП, м; h=0,002 м.
v- коэффициент Пуассона, v=0,22;

=42 H*м;

Проверяем условие вибропрочности по правилу октавы f/f>2, где f – частота колебаний блока (f=70 гц)
1139/70=16>2,
следовательно, проектируемое устройство отвечает необходимым требованиям по вибропрочности.
Рассчитываем коэффициент динамичности для силового возбуждения
,
где Sв- амплитуда вынужденных колебаний; Zст- статическое смещение системы
под воздействием силы F0;
e=L/π,
где L- декремент затухания; L=6*10
e =6*10/3,14=0,019
η-коэффициент расстройки,
η=f/f0,
где f- частота возбуждения, f=70 гц; f0-частота собственных колебаний системы
f0=1139 гц;
η=70/1139= 0,06

Рассчитываем коэффициент динамичности для кинематического возбуждения
,
где x0-амплитуда вибросмещения основания;
.
Так как К_дин приблизительно равен 1, печатный узел будет устойчив к вибрациям.
Определим условную частоту ударного импульса ω
ω = p/t,
Где t – длительность ударного импульса, с.
t =1/f=1/70=0,0143с,
ω =3,14/0,0143=219,6 рад/с,
Определяем коэффициент передачи при ударе.
Для прямоугольного импульса: К’у=2sin (π/2v).
Для полу синусоидального импульса: К ’’у=2v/(v+1)cos(π/2v).
где v- коэффициент расстройки;
n = ω/2pf₀ =219,6/2*3,14*1139=0,03,
К ’у= 2*sin(3,14/2*0,03)=0,147,
К ’’у=2*0,03(0,03*0,03+1)cos(3,14/2*0,03)=0,041.
Рассчитаем ударное ускорение :
а_у=Н_уК_у ,
где Hy-амплитуда ускорения ударного импульса, м/с;
Ну=147 м/c (исходя из 3 группы по механическим воздействиям);
a'y=147*0,147=21,6 м/с,
a’’y=147*0,041=-6,03 м/с.
Определяем максимальное относительное перемещение.
Для прямоугольного импульса

Для полусинусоидального импульса

;
.
Проверяем выполнение условий ударопрочности по следующим критериям:
-                     для ЭРЭ ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е.
ау<aу доп ,
где aу доп определяется из анализа элементной базы,
Для конденсатора КМ10-23 а_у.доп= 50 м/с²;
 ау= 21,6 м/c<ау доп=50 м/с; следовательно выполняется условие
-для печатных плат с ЭРЭ
Zmax<0,003b,
где b-размер стороны ПП, параллельно которой установлены ЭРЭ, м
 b=0,185
0,000058 м<0,003*0,185=0,00055, следовательно, условие выполняется.
Частным случаем ударного воздействия является удар при падении прибора.
Действующая при этом нагрузка находиться следующим образом.
Определяем относительную скорость соударения
V0=Vу+Vот,
где Vу= скорость прибора в момент соударения;
Vу=(2gH),
где Н- высота падения РЭС, м; Н=0,75 м;
g- ускорение свободного падения , м/c ; g= 9,8 м/c.
Vу=(2*9,8*0,75)=3,84 м/c
Определим скорость отскока.
Vот= VуКв,
где Кв- коэффициент восстановления скорости
Vот = 3,84*0,94=3,6 м/c
V0= 3,84+3,6= 7,44 м/с
Определяем действующее на прибор ускорение
ап=Vo/2Hy;
ап=7,44/2*0,75= 36,9 м/с.
Проверяемым условие ударопрочности по неравенству
aп<ап min,
где ап min= 40 м/c для наиболее уязвимого элемента исследуемой
электрической схемы.
36,9 м/c< 40 м/c – условие выполняется.

4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА
4.1 Расчет надежности по внезапным отказам
В начале для определённого класса объектов выбирается один из типов показателей надёжности: интервальный, мгновенный, числовой таблица 6 в [1]. Из нее выбираем, с учетом вида объекта (ремонтируемый с допустимыми перерывами в работе), числовые показатели надежности, т.е. m_t – средняя наработка между отказами, m_B – среднее время восстановления объекта, К_Г – коэффициент готовности. Таким образом, при конструкторском проектировании РЭС не требуется рассчитывать все ПН, необходимо, прежде всего, определить вид объекта и выбрать те ПН, которые наиболее полно характеризуют надёжностные свойства разрабатываемого объекта.
Для дальнейшего выбора показателей надежности установим шифр из четырёх цифр, по рекомендации таблицы 4.21 [5]: 2312. Что соответствует: по признаку ремонтопригодности — ремонтируемому (2), по признаку ограничение продолжительности эксплуатации— режим использования по назначению – непрерывный (1), по признаку доминирующий фактор при оценке последствий отказа – факт выполнения или не выполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме(2).
Исходя из этих данных определяются показатели надежности. Полученные результаты сравниваем с таблицей 6 [1]. Окончательно получаем, что в связи с тем, что блок ремонтируемый, восстанавливаемый, с допустимыми перерывами в работе, то ПН будут m_t, m_в, К_г, Т. е. мы выбрали числовые ПН: наработку на отказ – m_t, среднее время восстановления объекта – m_в, коэффициент готовности – К_г.
Ответственным этапом в проектировании надёжности РЭА является обоснование норм, т. е. допустимых значений для выбранных показателей надежности. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, от правильности результатов данного этапа зависит успех и смысл всех расчётов надёжности, т. к. здесь мы определяем, какое значение показателей надежности можно считать допустимым. Во-вторых, нет общих правил и рекомендаций для установления норм надёжности различных объектов, многое зависит от субъективных факторов и опыта конструктора. В-третьих, любая ошибка на данном этапе ведёт к тяжёлым последствиям: занижение нормы ведёт к повышению потерь от ненадёжности, завышение – от дороговизны. Итак, из таблицы 4.23 [5] мы определяем исходя из группы аппаратуры по ГОСТ 16019–78 – стационарная для статических сооружений; по числу ЭРЭ (1001-2000), что m_t допустимая равна 3000 часов.